CN106934488A - 一种土地资源利用压力计算方法和系统 - Google Patents

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张荣群
陈凌伟
王朔
孙玮健
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    • G06Q50/16—Real estate
    • G06Q50/165—Land development

Abstract

本发明提供一种土地资源利用压力计算方法和系统，通过遥感影像方法获取现有可利用的土地面积，并运用基于决策树的分类方法进行土地利用类型分类，使土地资源状态获取更加智能化，通过将土地利用总体规划作为地区土地利用压力的来源，使土地利用压力结果更为合理，并按土地利用目的对土地利用类型进行分类，将目标地域的土地资源分为多个区域，分别计算不同区域内的土地利用分压力数值和综合压力数值，可以帮助土地管理和政策制定者快速掌握某一地区土地利用压力的总体状态；并通过标准化分级，将标准化后的压力值分为低压状态、高压状态和中压状态，确定区域主导土地压力，为当地政府和上一级政府可持续利用土地和土地类型转移提供参考。

Description

一种土地资源利用压力计算方法和系统
技术领域
本发明涉及土地规划技术领域，更具体地，涉及土地资源利用压力计算方法和系统。
背景技术
土地是人类生存与发展的物质基础。人类通过对土地资源的开发与利用来满足自身各方面的需求。随着人口的增长和城市化的发展，人们对土地资源的需求不断增大，但土地资源的供给是有限的，不同的利益群体对土地资源的使用有不同的利益追求，土地资源竞争便凸显出来。土地资源具有多宜性特征是出现土地资源竞争的另一个原因。自然条件与区位条件优越的土地资源往往能满足人们多方面的需求。土地资源竞争在空间上表现为多种土地利用方式对土地单元的争夺，背后是多方利益群体之间的博弈。合理的配置土地资源是实现区域经济、社会、生态可持续发展的有效手段，而解决空间上的土地资源竞争是其重要内容。
土地所禀赋的资源属性，正面临着人类社会自身发展的严重挑战。随着城市化的发展和经济结构的不断调整，人们对于土地利用的类型及面积产生新的需求，因而与现有的土地利用结构产生一定的差异。这些差异被认为是土地利用结构调整的压力，即土地利用压力。不同性质的土地利用压力及其综合压力的定量评价成为亟待解决的问题。
目前，学界对土地利用压力的研究则仍存在一定的片面性，往往将土地利用压力等同于人口压力、经济发展压力，而对于生态用地的压力大多还是着眼于耕地对土地退化的影响上。也有一部分学者引用了“压力—状态—响应”(Pressure-State-Response，PSR)概念模型，计算土地利用系统的压力、状态、响应以及整体的综合指数，但是这种方法过于注重过去与现在的发展状况的表达，却忽略了因土地管理者偏好而出现的未来一个时期土地利用系统可能经历的重大变迁，缺乏灵活性。
发明内容
本发明提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种土地资源利用压力分析方法和系统，解决了现有土地利用压力研究中缺乏灵活性、无法与土地利用结构调整趋势相结合的问题，结合土地利用总体规划数据，能够快速、准确地确定某一区域的土地利用压力情况，为土地管理者和政策实施者提供决策支持。
根据本发明的一个方面，提供一种土地资源利用压力分析方法，包括：
S1、将目标地域的土地资源分为多个区域；
S2、通过遥感影像方法获取每个区域内的现有土地影像数据并对土地利用类型进行分类，提取各分类对应的土地面积；
S3、以土地利用规划中各土地利用类型的对应面积作为需求数据进行计算分析，得到每个区域内土地利用的分压力数值和综合压力数值；
S4、对各区域的分压力数值和综合压力数值进行标准化分级，确定各区域的主导土地压力。
作为优选的，所述步骤S2具体包括：
S21、通过卫星遥感影像方法获取区域内的土地遥感影像；
S22、通过决策树方法对土地遥感影像中各部分对应的土地利用类型进行分类；
S23、提取各分类对应的土地面积。
作为优选的，所述步骤S22中具体包括：对遥感影像中每一种典型地物选取一定的样本，统计影像样本点在6个波段上的波谱信息，计算各地物样本点在各波段上的最小值、最大值、均值和方差，得到研究区典型地物的光谱特征曲线；通过曲线图呈现的特征，选取研究区地物分类常用到的特征平均值、方差、归一化植被指数和高程值确定决策树分类规则模型，将土地利用类型分为耕地、建设用地和生态用地。
作为优选的，所述步骤S3具体包括：
S31、对各土地利用类型对应的土地利用压力进行权重值分配；
S32、分别计算各土地利用类型的分压力数值；
S33、根据各土地利用压力的权重值和分压力数值计算土地利用的综合压力数值。
作为优选的，所述步骤S31中，根据各土地利用类型的需求量比对土地利用压力进行权重值分配。
作为优选的，所述步骤S33中，土地利用的综合压力数值为：
式中，Lp为区域i内土地利用的综合压力数值；j的取值不同对应不同的土地利用类型；wij为区域i内某一土地利用类型对应的分压力数值，xpij为对应的土地利用压力权重值。
作为优选的，所述步骤S4中，对所述分压力数值和综合压力数值的进行标准化计算：
式中，Xpij为目标地域内某一土地利用类型标准化后的分压力数值，xpij目标地域内某一土地利用类型对应的各区域的分压力数值；Lpi’为目标地域内某一土地利用类型标准化后的综合压力数值。
作为优选的，还包括S5：对标准化后的数据进行高压状态、中压状态、低压状态分类，生成土地利用压力综合分布图。
一种土地资源利用压力分析系统，包括：
土地信息获取模块，用于获取目标地域的每个区域内的现有土地影像数据并对土地利用类型进行分类，提取各分类对应的土地面积；
压力值计算模块，用于以土地利用规划中各土地利用类型的对应面积作为需求数据进行计算分析，得到每个区域内土地利用的分压力数值和综合压力数值；
压力分析模块，用于对各区域的分压力数值和综合压力数值进行标准化分级，确定各区域的主导土地压力。
作为优选的，所述土地信息获取模块通过卫星遥感影像方法获取区域内的土地遥感影像，并通过决策树方法对土地遥感影像中各部分对应的土地利用类型进行分类。
本申请提出一种土地资源利用压力计算方法，通过遥感影像方法获取现有可利用的土地面积，并运用基于决策树的分类方法进行土地利用类型分类，使土地资源状态获取更加智能化，通过将土地利用总体规划作为地区土地利用压力的来源，使土地利用压力结果更为合理，并按土地利用目的对土地利用类型进行分类，将目标地域的土地资源分为多个区域，分别计算不同区域内的土地利用分压力数值和综合压力数值，可以帮助土地管理和政策制定者快速掌握某一地区土地利用压力的总体状态；并通过标准化分级，将标准化后的压力值分为低压状态、高压状态和中压状态，确定区域主导土地压力，为当地政府和上一级政府可持续利用土地和土地类型转移提供参考。
附图说明
图1为根据本发明实施例的土地资源利用压力分析方法流程图；
图2为根据本发明实施例的土地利用决策树分类规则模型；
图3为根据本发明实施例的土地利用压力空间分布示意图；
图4为根据本发明实施例的土地利用压力标准化值与区域功能定位定位示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
图1示出了一种土地资源利用压力分析方法，土地利用压力值计算：主要是基于土地利用类型分类后的现有数值和规划数值进行公式计算，分为分压力值计算和综合压力值的计算，可作为土地管理者了解一个地区土地利用压力情况的参考工具；具体包括：
S1、将目标地域的土地资源分为多个区域；
S2、通过遥感影像方法获取每个区域内的现有土地影像数据并对土地利用类型进行分类，提取各分类对应的土地面积；
S3、以土地利用规划中各土地利用类型的对应面积作为需求数据进行计算分析，得到每个区域内土地利用的分压力数值和综合压力数值；将土地利用总体规划作为地区土地利用压力的来源，使土地利用压力结果更为合理，计算不同区域内的土地利用分压力数值和综合压力数值，可以帮助土地管理和政策制定者快速掌握某一地区土地利用压力的总体状态；土地利用总体规划在其区域土地利用布局中占有举足轻重的地位，即在规划文件规定的时间内，有着具体的土地利用调整的指标，因而它代表着未来一段时间土地利用结构的调整趋势，可看作是一个地区土地利用压力的来源，对于土地利用压力的研究也可以从侧面评价和完善城市规划内容。
S4、对各区域的分压力数值和综合压力数值进行标准化分级，确定各区域的主导土地压力。将标准化后的压力值分为低压状态、高压状态和中压状态，确定区域主导土地压力，为当地政府和上一级政府可持续利用土地和土地类型转移提供参考。
作为优选的，所述步骤S2具体包括：
S21、通过卫星遥感影像方法获取区域内的土地遥感影像；
S22、通过决策树方法对土地遥感影像中各部分对应的土地利用类型进行分类；
S23、提取各分类对应的土地面积。
作为优选的，所述步骤S22中，根据利用目的将土地利用类型分为耕地、建设用地和生态用地；具体步骤是：对遥感影像中每一种典型地物选取一定的样本，统计影像样本点在6个波段(TM1,2,3,4,5,7)上的波谱信息，计算各地物样本点在各波段上的最小值、最大值、均值和方差，得到研究区典型地物的光谱特征曲线。通过曲线图呈现的特征，选取研究区地物分类常用到的特征平均值(mean)、方差(S)、归一化植被指数(NDVI)和高程值(H)确定决策树分类规则模型(图2所示)。
其中，NDVI是根据影像各波段所含主要信息不同，通过波段运算得来的，公式如下：
如图2中所示，若TM≥25，则可规划类土地(耕地、建设用地、生态用地)，若TM＜25，则判断对应区域为水体；对可规划类土地，计算其归一化植被指数；
若NDVI＞0.15，则判断为生态用地或耕地，则需进一步通过特征平均值mean、方差S和高程值H判断具体分类，若同时满足mean＜18，H小于30，且1＜S＜5，则判断为生态用地，否则判断为耕地；
若NDVI≤0.15，且TM3+TM5-2TM4≥0，则判断为建设用地；
若NDVI＜0.15，则判断为耕地或生态用地，则需进一步通过特征平均值mean、方差S和高程值H判断具体分类，若同时满足mean＜18，H小于30，且1＜S＜5，则判断为生态用地，否则判断为耕地。
作为优选的，所述步骤S3具体包括：
S31、对各土地利用类型对应的土地利用压力进行权重值分配；根据区域发展的一般规律，即根据各土地利用类型的需求量比对土地利用压力进行权重值分配，权重值确定为：耕地压力0.3，建设用地压力0.4，生态用地压力0.3；
S32、分别计算各土地利用类型的分压力数值xpij＝xdj/xrj；在本实施例中，将土地分为N个区域，i∈N；式中，xpij为区域i内土地利用类型j的分压力数值，在本实施例中，j取值1、2或3，分别对应耕地、建设用地、生态用地，xdj为对应的土地利用规划中的需求面积数据，xrj为对应的遥感影像提取的面积数据；xpij＜1时，对应的区域土地利用类型面积需要增加，涉及到未利用地的规划建设和已有用地类型转换；xpij＞1时，对应的区域土地利用类型面积过大，涉及到本区域该土地利用类型转换控制和合理转型规划。
S33、根据各土地利用压力的权重值和分压力数值计算土地利用的综合压力数值。
作为优选的，所述步骤S33中，土地利用的综合压力数值为：
式中，Lp为区域i内土地利用的综合压力数值；j的取值不同对应不同的土地利用类型；wij为区域i内某一土地利用类型对应的分压力数值，xpij为对应的土地利用压力权重值。
作为优选的，所述步骤S4中，对所述分压力数值和综合压力数值的进行标准化计算：
式中，Xpij为目标地域内某一土地利用类型标准化后的分压力数值，xpij目标地域内某一土地利用类型对应的各区域的分压力数值；Lpi’为目标地域内某一土地利用类型标准化后的综合压力数值。
区域压力状态确定原则(适用于分压力数值和综合压力数值的界定)：若压力数值位于[0,0.33]则为低压状态，若压力数值位于(0.33,0.66]则为中压状态，若压力数值位于(0.66,1]则为高压状态。
区域主导土地压力确定原则：
根据区域发展规划制定的相关规定，一般考虑确定区域主导土地压力的优先顺序为生态用地压力>耕地压力>建设用地压力。
作为优选的，还包括S5：对标准化后的数据进行高压状态、中压状态、低压状态分类，生成土地利用压力综合分布图，如图3中所示，结合区域边界图，将区域内主导土地压力相同的标记为相同的颜色(图中显示为线条填充，主导土地压力相同的区域填充图案相同)，同时，将区域内的各土地利用类型的分压力数值以柱状图进行显示，形成土地利用压力空间分布图，为可持续利用土地和土地类型转移提供参考。图4为根据本发明实施例的土地利用压力标准化值与区域功能定位定位示意图，其中，柱状图由左至右分别代表标准化后的耕地压力值、建设用地压力值、生态用地压力值和综合压力值；不同底色区域为规划文件中对不同区域的功能定位。
本实施例中还提供了一种土地资源利用压力分析系统，包括：
土地信息获取模块，用于获取目标地域的每个区域内的现有土地影像数据并对土地利用类型进行分类，提取各分类对应的土地面积；
压力值计算模块，用于以土地利用规划中各土地利用类型的对应面积作为需求数据进行计算分析，得到每个区域内土地利用的分压力数值和综合压力数值；
压力分析模块，用于对各区域的分压力数值和综合压力数值进行标准化分级，确定各区域的主导土地压力。
作为优选的，所述土地信息获取模块通过卫星遥感影像方法获取区域内的土地遥感影像，并通过决策树方法对土地遥感影像中各部分对应的土地利用类型进行分类。
综上所述，本申请提出一种土地资源利用压力计算方法，通过遥感影像方法获取现有可利用的土地面积，并运用基于决策树的分类方法进行土地利用类型分类，使土地资源状态获取更加智能化，通过将土地利用总体规划作为地区土地利用压力的来源，使土地利用压力结果更为合理，并按土地利用目的对土地利用类型进行分类，将目标地域的土地资源分为多个区域，分别计算不同区域内的土地利用分压力数值和综合压力数值，可以帮助土地管理和政策制定者快速掌握某一地区土地利用压力的总体状态；并通过标准化分级，将标准化后的压力值分为低压状态、高压状态和中压状态，确定区域主导土地压力，为当地政府和上一级政府可持续利用土地和土地类型转移提供参考。
最后，本申请的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种土地资源利用压力分析方法，其特征在于，包括：
S1、将目标地域的土地资源分为多个区域；
S2、通过遥感影像方法获取每个区域内的现有土地影像数据并对土地利用类型进行分类，提取各分类对应的土地面积；
S3、以土地利用规划中各土地利用类型的对应面积作为需求数据进行计算分析，得到每个区域内土地利用的分压力数值和综合压力数值；
S4、对各区域的分压力数值和综合压力数值进行标准化分级，确定各区域的主导土地压力。
2.根据权利要求1所述的土地资源利用压力分析方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：
S21、通过卫星遥感影像方法获取区域内的土地遥感影像；
S22、通过决策树方法对土地遥感影像中各部分对应的土地利用类型进行分类；
S23、提取各分类对应的土地面积。
3.根据权利要求2所述的土地资源利用压力分析方法，其特征在于，所述步骤S22中具体包括：对遥感影像中每一种典型地物选取一定的样本，统计影像样本点在6个波段上的波谱信息，计算各地物样本点在各波段上的最小值、最大值、均值和方差，得到研究区典型地物的光谱特征曲线；通过曲线图呈现的特征，选取研究区地物分类常用到的特征平均值、方差、归一化植被指数和高程值确定决策树分类规则模型，将土地利用类型分为耕地、建设用地和生态用地。
4.根据权利要求1所述的土地资源利用压力分析方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：
S31、对各土地利用类型对应的土地利用压力进行权重值分配；
S32、分别计算各土地利用类型的分压力数值；
S33、根据各土地利用压力的权重值和分压力数值计算土地利用的综合压力数值。
5.根据权利要求4所述的土地资源利用压力分析方法，其特征在于，所述步骤S31中，根据各土地利用类型的需求量比对土地利用压力进行权重值分配。
6.根据权利要求4所述的土地资源利用压力分析方法，其特征在于，所述步骤S33中，土地利用的综合压力数值为：
L p i = Σ j = 1 3 ( w i j * x p i j ) ;
式中，Lp为区域i内土地利用的综合压力数值；j的取值不同对应不同的土地利用类型；wij为区域i内某一土地利用类型对应的分压力数值，xpij为对应的土地利用压力权重值。
7.根据权利要求6所述的土地资源利用压力分析方法，其特征在于，所述步骤S4中，对所述分压力数值和综合压力数值的进行标准化计算：
X p i j = ( x p i - M i n ( x p i j ) ) ( M a x ( x p i j ) - M i n ( x p i j ) ) ;
L p i ′ = ( L p i - M i n ( L p i ) ) ( M a x ( L p i ) - M i n ( L p i ) ) ;
式中，Xpij为目标地域内某一土地利用类型标准化后的分压力数值，xpij目标地域内某一土地利用类型对应的各区域的分压力数值；Lpi’为目标地域内某一土地利用类型标准化后的综合压力数值。
8.根据权利要求7所述的土地资源利用压力分析方法，其特征在于，还包括S5：对标准化后的数据进行高压状态、中压状态和低压状态分类，生成土地利用压力综合分布图。
9.一种土地资源利用压力分析系统，其特征在于，包括：
土地信息获取模块，用于获取目标地域的每个区域内的现有土地影像数据并对土地利用类型进行分类，提取各分类对应的土地面积；
压力值计算模块，用于以土地利用规划中各土地利用类型的对应面积作为需求数据进行计算分析，得到每个区域内土地利用的分压力数值和综合压力数值；
压力分析模块，用于对各区域的分压力数值和综合压力数值进行标准化分级，确定各区域的主导土地压力。
10.根据权利要求9所述的土地资源利用压力分析系统，其特征在于，所述土地信息获取模块通过卫星遥感影像方法获取区域内的土地遥感影像，并通过决策树方法对土地遥感影像中各部分对应的土地利用类型进行分类。
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